CN111063918B - 一种燃料电池的控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种燃料电池的控制方法及装置，首先在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量；然后比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；当所述剩余电量大于第一电量阈值时，选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；当所述剩余电量小于第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；如此，根据动力电池剩余电量所在的区间选择合适的充电功率，可以确保燃料电池始终工作在高效充放电区；在所述用电设备运行一段时间后，燃料电池的输出功率和动力电池剩余电量会趋近于稳定，从而减少燃料电池的输出功率变化，提高燃料电池使用寿命。

Description

一种燃料电池的控制方法和装置
技术领域
本申请涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种燃料电池的控制方法及装置。
背景技术
燃料电池是将化学能转化为电能的装置，具有很高的能量转化效率。目前已经得到了一定的应用，具有很好地应用前景。但是，受限于其本身的特点，燃料电池输出电流可能具有较大波动。如果由燃料电池直接为用电设备提供电能，可能因为电流波动较大导致用电设备的损坏。
为了解决燃料电池输出不稳定的问题，可以在燃料电池和用电设备之间增加一个或多个蓄电池作为动力电池。在运行时，由燃料电池为动力电池充电，再由动力电池为用电设备提供电能。如此，由于蓄电池可以提供稳定地输出确保用电设备的稳定运转。
但是，目前相关的控制方法大多是根据动力电池的剩余电量控制燃料电池的充电功率，这种控制方法得到的需求功率变化频繁，容易造成燃料电池的频繁启停，长期使用会导致燃料电池损坏。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种燃料电池的控制方法及装置，旨在控制燃料电池以合适的、稳定的功率进行输出，保护燃料电池。
为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：
一种燃料电池的控制方法，所述方法包括：
在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量；
比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；所述第一电量阈值是根据所述动力电池的特性确定的；
当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述理论充电功率是根据所述用电设备消耗的功率确定的；所述功率点是预先存储在控制系统中的；
当所述剩余电量小于所述第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出。
可选地，所述理论充电功率是根据以下方法得到的，该方法包括：
获取所述用电设备的功率消耗曲线，所述功率消耗曲线是通过记录所述用电设备启动后的瞬时功率得到的；
根据所述功率消耗曲线计算第一平均功率；所述第一平均功率为用电设备启动后，所述用电设备消耗的平均功率；
根据所述第一平均功率确定理论充电功率。
可选地，所述根据所述第一平均功率确定理论充电功率还包括：
根据所述功率消耗曲线计算第二平均功率；所述第二平均功率为第一时刻前的第一时间长度内，所述用电设备消耗的平均功率；
根据所述第一平均功率和第二平均功率计算理论充电功率；
可选地，所述选择小于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率包括：
获取包括多个功率点的功率效率分布图，所述功率效率分布图是预先对燃料电池进行测试得到的；
从所述功率效率分布图中选择小于且最邻近所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率。
可选地，在获取动力电池第一时刻的剩余电量后，所述方法还包括：
比较所述剩余电量和第二电量阈值的大小；
当所述剩余电量小于所述第二电量阈值时，使用最大理论充电功率作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述最大理论充电功率是根据电池本身的特性确定的。
可选地，当所述剩余电量大于所述第二电量阈值时，所述方法还包括：
比较所述剩余电量和第三电量阈值的大小；
当所述剩余电量大于所述第三电量阈值时，使用最小理论充电功率作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述最小理论充电功率根据动力电池本身的特性确定的。
一种燃料电池的控制装置，所述装置包括：
第一获取模块，用于在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量；
比较模块，用于比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；所述第一电量阈值是根据所述动力电池的特性确定的；
第一确定模块，用于当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述理论充电功率是根据所述用电设备消耗的功率确定的；
第二确定模块，用于当所述剩余电量小于所述第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出。
可选地，所述第一确定模块包括：
第二获取模块，用于获取所述用电设备的功率消耗曲线，所述功率消耗曲线是通过记录所述用电设备启动后的瞬时功率得到的；
第一计算模块，用于根据所述实时功率计算第一平均功率；所述第一平均功率为用电设备启动后，所述用电设备消耗的平均功率；
第三确定模块，用于根据所述第一平均功率确定理论充电功率。
可选地，所述第三确定模块还包括：
第二计算模块，用于根据所述功率消耗曲线计算第二平均功率；所述第二平均功率为第一时刻前的第一时间长度内，用电设备消耗的平均功率；
理论计算模块，用于根据所述第一平均功率和第二平均功率计算理论充电功率。
本申请实施例提供了一种燃料电池的控制方法及装置，首先在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量；然后比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；当所述剩余电量小于所述第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；如此，根据动力电池剩余电量所在的区间选择合适的充电功率，可以确保燃料电池始终工作在高效充放电区；在所述用电设备运行一段时间后，燃料电池的输出功率和动力电池剩余电量会趋近于稳定，从而减少燃料电池的输出功率变化，提高燃料电池使用寿命。
附图说明
为更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的燃料电池的控制方法流程图。
图2为本申请实施例提供的燃料电池的控制过程示意图。
图3为本申请实施例提供的燃料电池的控制装置的一种结构示意图。
图4为本申请实施例提供的燃料电池的控制装置的一种结构示意图。
图5为本申请实施例提供的燃料电池的控制装置的一种结构示意图。
具体实施方式
燃料电池是将化学能转化为电能的装置，具有很高的能量转化效率。目前已经得到了一定的应用，具有很好地应用前景。但是，受限于其本身的特点，燃料电池输出功率可能具有较大波动。如果由燃料电池直接为用电设备提供电能，可能因为功率波动较大导致用电设备的损坏。
目前，在燃料电池和用电设备之间增加由一个或多个蓄电池组成的动力电池进行电能的中转，从而解决燃料电池输出功率不稳定的问题。在运行时，由燃料电池为动力电池充电，再由动力电池为用电设备提供电能。由于动力电池输出功率较为稳定且容易控制，用电设备可以稳定地运转。
为保证动力电池输出的稳定，控制系统可以根据动力电池的剩余电量或电压等参数对燃料电池进行控制。当动力电池电量较多时，关闭燃料电池或控制燃料电池以较小的功率对动力电池进行充电；当动力电池电量较多时，控制燃料电池以较大的功率对动力电池进行充电。但是这种控制方法虽然可以保证动力电池具有足够的电量，却容易造成燃料电池的频繁起停、功率需求频繁变化。这在燃料电池技术尚未得到充分发展的今天，容易导致燃料电池的损坏与燃料的浪费。
为了能够减少燃料电池输出功率的变化频率，本申请提供了一种燃料电池的控制方法和装置，以下将从燃料电池控制系统的角度对本申请优选实施例进行说明。
参见图1，图1为本申请实施例提供的燃料电池的控制方法流程图，包括：
S101：获取动力电池第一时刻的剩余电量。
本实施例中，控制系统可以在用电设备启动后，获取动力电池在第一时刻的剩余电量。其中，所述第一时刻没有特别地限制，控制系统可以在用电设备启动后的任意时刻获取当前动力电池的剩余电量。
S102：比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小。
在得到动力电池的剩余电量后，控制系统可以比较剩余电量和第一电量阈值的大小，并根据剩余电量和第一电量阈值的大小关系控制燃料电池进行输出。
其中，所述第一电量阈值是根据动力电池的特性确定的。具体地，开发人员可以预先对动力电池进行测试得到第一电量阈值。例如，可以通过充电设备和放电设备控制动力电池的剩余电量维持不变且持续工作，在此环境下寻找动力电池具有最高效率和使用寿命的剩余电量作为第一电量阈值；也可以获取在不影响动力电池寿命以及充电效率的前提下，剩余电量的最高值和最低值，使用其平均值作为第一电量阈值。
在一些其他的实现方式中，控制系统可以判断动力电池的剩余电量是否过低。具体地，控制系统可以比较所示剩余电量和第二电量阈值的大小，所示第二电量阈值为充电时不影响电池使用寿命的最小剩余电量。当所述剩余电量小于所述第二电量阈值时，说明动力电池剩余电量过小，可能无法确保用电设备的正常运行。此时控制系统可以选择最大理论充电功率作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述最大理论充电功率是根据电池本身的特性确定的。此外，控制系统还可以动力电池的剩余电量是否过高，具体地，控制系统可以比较所示剩余电量和第三电量阈值的大小，所示第三电量阈值为充电时不影响电池使用寿命的最大剩余电量。当所述剩余电量大于所述第三电量阈值时，选择最小理论充电功率作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述最小理论充电功率根据动力电池本身的特性确定的，如此，考虑到了动力电池剩余电量处于极端情况下的场景，扩大了本实施例技术方案的应用范围。
S103：当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率以便控制燃料电池进行输出。
当动力电池的剩余电量大于第一电量阈值时，说明当前动力电池剩余的电量较多，燃料电池可以降低对动力电池的充电功率。此时控制系统可以根据用电设备消耗的功率确定理论充电功率，并选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率。如此，由于理论充电功率是根据用电设备实际消耗的功率确定的，当燃料电池使用所述输出功率进行为动力电池充电一段时间后，动力电池的剩余电量将逐渐减小并趋近于第一电量阈值。
在一些可能的实现方式中，所述理论充电功率是根据用电设备本次开启以来消耗的平均功率得到的。具体地，控制系统可以实时记录用电设备启动后消耗的瞬时功率，并以功率消耗曲线图的形式保存。在获取理论重点功率时，控制系统可以对所述功率消耗曲线进行积分并求其平均值，得到所述用电设备第一时刻前的第一平均功率；再利用当前动力电池温度、传感器误差等工作参数对第一平均功率进行修正，从而确定理论充电功率。如此，得到的理论充电功率符合用电设备本次开启后的功率消耗特性。燃料电池使用理论充电功率可以保证动力电池的输出和输入大致相等。另外，还考虑了其他工作参数的影响，提高了理论输出功率的准确性。
进一步地，在一些其他的实现方式中，用电设备的需求功率可能具有较大的波动。在这种情况下，如果仅仅根据用电设备的总平均功率计算理论输出功率，可能导致理论输出功率同样具有很大的波动，仍然会导致燃料电池的频繁启停。为此，控制系统还可以使用用电设备一段时间内的平均功率和总平均功率计算理论充电功率。具体地，控制系统可以根据所述功率消耗曲线，计算所述用电设备在第一时刻前的第二时间长度内消耗的平均功率作为第二平均功率，并根据第一平均功率和第二平均功率共同计算理论充电功率。如此，通过引入用电设备最近第二时间长度内消耗的第二平均功率进行计算，得到的理论充电功率既符合用电设备本次开启后的功率消耗特性，又符合用电设备近期的功率消耗特性，提升了理论充电功率计算的准确性。
另外，本实施例是通过选择功率点作为燃料电池的输出功率的，其中，功率点是预先存储在控制系统中的，可以是技术人员对燃料电池进行测试得到的。当输出功率为功率点附近的功率时，燃料电池具有较大的能量转化效率。因此，控制系统在选择功率点时可以先获取包括多个功率点的功率效率分布图，再从所述功率效率分布图中选择小于且最邻近所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率。这样既可以保证了燃料电池的输出功率小于理论输出功率，又可以保证燃料电池本身工作在最佳工作状态。
S104：当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率以便控制燃料电池进行输出。
当控制系统检测到所述剩余电量小于第一电量阈值时，说明当前动力电池剩余的电量较少，燃料电池可以提高对动力电池的充电功率。此时控制系统可以根据用电设备消耗的功率确定理论充电功率，并选择大于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率。如此，由于理论充电功率是根据用电设备实际消耗的功率确定的，当燃料电池使用所述输出功率进行为动力电池充电一段时间后，动力电池的剩余电量将逐渐增大并趋近于第一电量阈值。本步骤与步骤S103类似，其中理论充电功率的计算和功率点的选择可以参照步骤S103所示。
进一步地，控制系统可以通过循环地执行上述步骤S101-S104，对燃料电池的输出功率进行微调。具体流程如图2所示，控制系统可以在用电设备工作的过程中，循环获取动力电池的剩余电量并根据剩余电量控制燃料电池进行输出。这样一来，当剩余电量大于第一电量阈值时，燃料电池可以用相对较低的充电功率进行充电，剩余电量会逐渐减少，直至趋近第一电量阈值；当剩余电量小于第一电量阈值时，燃料电池可以用相对较高的充电功率进行充电，剩余电量会逐渐增多，直至趋近第一电量阈值。如此，在经过多个循环后，随着理论输出功率的稳定，动力电池的剩余电量会趋近于第一电量阈值，燃料电池输出功率会逐渐固定。
本实施例提供了一种燃料电池的控制方法，首先在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量；然后比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；当所述剩余电量小于所述第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；如此，根据动力电池剩余电量所在的区间选择合适的充电功率，可以确保燃料电池始终工作在高效充放电区；在所述用电设备运行一段时间后，燃料电池的输出功率和动力电池剩余电量会趋近于稳定，从而减少燃料电池的输出功率变化，提高燃料电池使用寿命。
以上为本申请实施例提供燃料电池的控制方法的一些具体实现方式，基于此，本申请还提供了对应的装置。下面将从功能模块化的角度对本申请实施例提供的上述装置进行介绍。
参见图3所示的燃料电池的控制装置的结构示意图，该装置300包括：
第一获取模块310，用于在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量。
比较模块320，用于比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；所述第一电量阈值是根据所述动力电池的特性确定的。
第一确定模块330，用于当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述理论充电功率是根据所述用电设备消耗的功率确定的；所述功率点是预先存储在控制系统中的。
第二确定模块340，用于当所述剩余电量小于所述第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出。
本实施例提供了一种燃料电池的控制装置，首先在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量；然后比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；当所述剩余电量小于所述第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；如此，根据动力电池剩余电量所在的区间选择合适的充电功率，可以确保燃料电池始终工作在高效充放电区；在所述用电设备运行一段时间后，燃料电池的输出功率和动力电池剩余电量会趋近于稳定，从而减少燃料电池的输出功率变化，提高燃料电池使用寿命。
可选地，参见图4，在图3所示装置的基础上，所述第一确定模块330包括：
第二获取模块331，用于获取所述用电设备的功率消耗曲线，所述功率消耗曲线是通过记录所述用电设备启动后的瞬时功率得到的。
第一计算模块332，用于根据所述实时功率计算第一平均功率；所述第一平均功率为用电设备启动后，所述用电设备消耗的平均功率。
第三确定模块333，用于根据所述第一平均功率确定理论充电功率。
如此，得到的理论充电功率符合用电设备本次开启后的功率消耗特性。燃料电池使用理论充电功率可以保证动力电池的输出和输入大致相等。
可选地，参见图5，在图3所示装置的基础上，所述第三确定模块333包括：
第二计算模块333-1，用于根据所述功率消耗曲线计算第二平均功率；所述第二平均功率为第一时刻前的第一时间长度内，用电设备消耗的平均功率。
理论计算模块333-2，用于根据所述第一平均功率和第二平均功率计算理论充电功率
如此，通过引入用电设备最近第二时间长度内消耗的第二平均功率进行计算，得到的理论充电功率既符合用电设备本次开启后的功率消耗特性，又符合用电设备近期的功率消耗特性，提升了理论充电功率计算的准确性。
本申请实施例中提到的“第一平均功率”、“第二平均功率”“等名称中的“第一”、“第二”只是用来做名字标识，并不代表顺序上的第一、第二。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(英文：read-only memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如路由器等网络通信设备)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本申请示例性的实施方式，并非用于限定本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种燃料电池的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量；
比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；所述第一电量阈值是根据所述动力电池的特性确定的；
当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述理论充电功率是根据所述用电设备消耗的功率确定的；所述功率点是预先存储在控制系统中的；
当所述剩余电量小于所述第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论充电功率是根据以下方法得到的，该方法包括：
获取所述用电设备的功率消耗曲线，所述功率消耗曲线是通过记录所述用电设备启动后的瞬时功率得到的；
根据所述功率消耗曲线计算第一平均功率；所述第一平均功率为用电设备启动后，所述用电设备消耗的平均功率；
根据所述第一平均功率确定理论充电功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一平均功率确定理论充电功率还包括：
根据所述功率消耗曲线计算第二平均功率；所述第二平均功率为第一时刻前的第一时间长度内，所述用电设备消耗的平均功率；
根据所述第一平均功率和第二平均功率计算理论充电功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选择小于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率包括：
获取包括多个功率点的功率效率分布图，所述功率效率分布图是预先对燃料电池进行测试得到的；
从所述功率效率分布图中选择小于且最邻近所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取动力电池第一时刻的剩余电量后，所述方法还包括：
比较所述剩余电量和第二电量阈值的大小；
当所述剩余电量小于所述第二电量阈值时，使用最大理论充电功率作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述最大理论充电功率是根据电池本身的特性确定的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述剩余电量大于所述第二电量阈值时，所述方法还包括：
比较所述剩余电量和第三电量阈值的大小；
当所述剩余电量大于所述第三电量阈值时，使用最小理论充电功率作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；所述最小理论充电功率根据动力电池本身的特性确定的。
7.一种燃料电池的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于在用电设备启动后，获取动力电池第一时刻的剩余电量；
比较模块，用于比较所述剩余电量和第一电量阈值的大小；所述第一电量阈值是根据所述动力电池的特性确定的；
第一确定模块，用于当所述剩余电量大于所述第一电量阈值时，选择小于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出；理论充电功率是根据所述用电设备消耗的功率确定的；
第二确定模块，用于当所述剩余电量小于所述第一电量阈值时，选择大于所述理论充电功率的功率点作为燃料电池的输出功率，以便控制燃料电池进行输出。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：
第二获取模块，用于获取所述用电设备的功率消耗曲线，所述功率消耗曲线是通过记录所述用电设备启动后的瞬时功率得到的；
第一计算模块，用于根据所述功率消耗曲线计算第一平均功率；所述第一平均功率为用电设备启动后，所述用电设备消耗的平均功率；
第三确定模块，用于根据所述第一平均功率确定理论充电功率。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块还包括：
第二计算模块，用于根据所述功率消耗曲线计算第二平均功率；所述第二平均功率为第一时刻前的第一时间长度内，用电设备消耗的平均功率；
理论计算模块，用于根据所述第一平均功率和第二平均功率计算理论充电功率。
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